(57)【要約】      （修正有）【課題】不可視レーザ光の照射位置を正確に決めるとともに、可視レーザ光の損失を少なくする。【解決手段】不可視レーザ光を発生し、デリバリファイバ３４を介して出力するファイバレーザ装置１において、可視レーザ光を発生する可視レーザ光源（可視光ＬＤ４０）と、発生された不可視レーザ光が出力される出力ファイバ３３とデリバリファイバ３４との接合部５１〜５７の近傍のクラッドに、可視レーザ光源４０によって発生された可視レーザ光を導入する導入部（出力ファイバ３３）と、加工対象物に対する不可視レーザ光の照射の位置決めを行う場合に、可視レーザ光源４０を駆動し、可視レーザ光をデリバリファイバ３４のクラッドを介して出射させ、当該加工対象物の加工位置に可視レーザ光を照射する駆動部（制御部２０）と、を有する。【選択図】図１
2013102007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可視レーザ光を発生し、デリバリファイバを介して出力するファイバレーザ装置において、
可視レーザ光を発生する可視レーザ光源と、
発生された前記不可視レーザ光が出力される出力ファイバと前記デリバリファイバとの接合部の近傍のクラッドに、前記可視レーザ光源によって発生された前記可視レーザ光を導入する導入部と、
加工対象物に対する前記不可視レーザ光の照射の位置決めを行う場合に、前記可視レーザ光源を駆動し、前記可視レーザ光を前記デリバリファイバの前記クラッドを介して出射させ、当該加工対象物の加工位置に可視レーザ光を照射する駆動部と、
を有することを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記デリバリファイバは、クラッドを覆う被覆の屈折率が当該クラッドの屈折率よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記デリバリファイバは、前記可視レーザ光が伝搬する領域を形成するようにクラッドの屈折率の分布が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記導入部は、前記デリバリファイバの前記接合部の近傍のクラッドから前記可視レーザ光を導入することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記デリバリファイバのクラッドは、前記出力ファイバのクラッドよりも径が大きく、
前記導入部は前記接合部において、径方向にはみ出した部分の前記デリバリファイバのクラッドの端面から前記可視レーザ光を導入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記導入部は、前記デリバリファイバの前記接合部の近傍のクラッドの外周面から前記可視レーザ光を導入することを特徴とする請求項１または２に記載のファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記導入部は、前記デリバリファイバの前記接合部の近傍のクラッドの外周面にクラッドが接触して配置され、前記可視レーザ光がクラッドを伝播する光ファイバを有し、当該光ファイバのクラッドを伝播する前記可視レーザ光が前記接触部分から、前記デリバリファイバの前記クラッドに入射されることを特徴とする請求項１または２に記載のファイバレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いて対象物を加工する場合、加工対象物上にレーザが照射される位置を決めるための位置決めをする必要がある。
【０００３】
不可視レーザ光では、レーザ光を視認することができないので、従来においては、例えば、特許文献１，２に示すように、ハーフミラー等を用いて、不可視レーザ光の光軸と、可視レーザ光の光軸が一致するように調整しておき、可視レーザ光を用いて位置決めする技術が存在している。
【０００４】
また、特許文献３には、不可視レーザ光を導波する光ファイバに平行するように、可視レーザ光を導波する光ファイバを配置し、出射部において各ファイバから出力されたレーザ光をレンズで集光し、出射部から所定の距離においてこれらが同じ位置に集光する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１３３４８号
【特許文献２】特開平０７−１１６８７８号
【特許文献３】特開昭６２−００８７４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１〜３に開示されている技術では、不可視レーザ光と可視レーザ光の導波ルートが異なることから、加工対象物上における照射位置にずれを生じ、その結果として、正確に位置決めをすることができないという問題点がある。また、可視レーザ光の経路において、光学的な損失を生じる光学素子が存在する場合には、可視レーザ光が減衰し、視認性が低下してしまうという問題点もあった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、不可視レーザ光の照射位置を正確に決めるとともに、可視レーザ光の損失が少ないファイバレーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、不可視レーザ光を発生し、デリバリファイバを介して出力するファイバレーザ装置において、可視レーザ光を発生する可視レーザ光源と、発生された前記不可視レーザ光が出力される出力ファイバと前記デリバリファイバとの接合部の近傍のクラッドに、前記可視レーザ光源によって発生された前記可視レーザ光を導入する導入部と、加工対象物に対する前記不可視レーザ光の照射の位置決めを行う場合に、前記可視レーザ光源を駆動し、前記可視レーザ光を前記デリバリファイバの前記クラッドを介して出射させ、当該加工対象物の加工位置に可視レーザ光を照射する駆動部と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、不可視レーザ光の照射位置を正確に決めるとともに、可視レーザ光の損失を少なくすることができる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記デリバリファイバは、クラッドを覆う被覆の屈折率が当該クラッドの屈折率よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、被覆から外に可視レーザ光が漏れ出ることを防止することで、可視レーザ光をクラッド内を効率よく伝播させることができる。
【００１０】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記デリバリファイバは、前記可視レーザ光が伝搬する領域を形成するようにクラッドの屈折率の分布が設定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、クラッドから外に可視レーザ光が漏れ出ることを防止することで、可視レーザ光をクラッド内を効率よく伝播させることができる。
【００１１】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記導入部は、前記デリバリファイバの前記接合部の近傍のクラッドから前記可視レーザ光を導入することを特徴とする。
このような構成によれば、デリバリファイバのクラッドに可視レーザ光を導入することにより、可視レーザ光の損失を少なくすることができる。
【００１２】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記デリバリファイバのクラッドは、前記出力ファイバのクラッドよりも径が大きく、前記導入部は前記接合部において、径方向にはみ出した部分の前記デリバリファイバのクラッドの端面から前記可視レーザ光を導入することを特徴とする。
このような構成によれば、クラッド内に可視レーザ光を効率よく導入することができる。
【００１３】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記導入部は、前記デリバリファイバの前記接合部の近傍のクラッドの外周面から前記可視レーザ光を導入することを特徴とする。
このような構成によれば、可視レーザ光源に入射される戻り光を少なくすることができるので、可視レーザ光源の短命化や損傷を防ぐことができる。
【００１４】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記導入部は、前記デリバリファイバの前記接合部の近傍のクラッドの外周面にクラッドが接触して配置され、前記可視レーザ光がクラッドを伝播する光ファイバを有し、当該光ファイバのクラッドを伝播する前記可視レーザ光が前記接触部分から、前記デリバリファイバの前記クラッドに入射されることを特徴とする。
このような構成によれば、クラッド内に可視レーザ光を効率よく導入することができるとともに、可視レーザ光源に入射される戻り光を少なくすることができるので、可視レーザ光源の短命化や損傷を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、不可視レーザ光の照射位置を正確に決めるとともに、可視レーザ光の損失が少ないファイバレーザ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態の構成例を示す図である。
【図２】図１に示す制御部の構成例を示す図である。
【図３】図１に示す出力ファイバとデリバリファイバの接合部の詳細な構成例を示す図である。
【図４】図３に示す出力ファイバ、デリバリファイバ、および、可視光出力ファイバの接合状態の詳細を示す図である。
【図５】可視光出力ファイバを出力ファイバに略平行に配置する場合の両者の関係を示す図である。
【図６】可視光出力ファイバを出力ファイバに非平行に配置する場合の両者の関係を示す図である。
【図７】接合部にモニタＰＤと可視光カットフィルタを配置した状態を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態の構成例を示す図である。
【図１０】図９に示す第３実施形態のデリバリファイバの屈折率の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
（Ａ）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態の構成例を示す図である。この図に示すように、第１実施形態に係るファイバレーザ装置１は、レーザ発振装置１０およびレーザ増幅装置３０を主要な構成要素としており、レーザ発振装置１０によって発生された不可視レーザ光を、レーザ増幅装置３０によって増幅し、デリバリファイバ３４を介して出力する。
【００１９】
ここで、レーザ発振装置１０は、励起光合波器１１、ＨＲ（High Reflector）１２、増幅用光ファイバ１３、ＯＣ（Output Coupler）１４、励起用ＬＤ（Laser Diode）駆動電源１５、および、励起用ＬＤ１６を有しており、制御部２０によって制御され、不可視レーザ光を発生する。また、レーザ増幅装置３０は、励起光合波器３１、増幅用光ファイバ３２、出力ファイバ３３、デリバリファイバ３４、励起用ＬＤ駆動電源３５、および、励起用ＬＤ３６を有しており、制御部２０によって制御され、不可視レーザ光を増幅してデリバリファイバ３４を介して出力する。可視光ＬＤ４０は、可視光を発生して出力するシングルモードＬＤである。フィルタ４１は、可視光を透過して接合部５７からデリバリファイバ３４に入射させ、デリバリファイバ３４から戻って来る戻り光を減衰させる。
【００２０】
レーザ発振装置１０を構成する励起光合波器１１は、例えば、ＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）等によって構成され、励起用ＬＤ１６から出力されるレーザ光を、光ファイバのクラッドに励起光として導入する。ＨＲ１２は、例えば、高反射ファイバグレーティング（ＦＢＧ）であり、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成され、増幅用光ファイバ１３からのレーザ光を１００％に近い反射率で反射する。増幅用光ファイバ１３は、例えば、Ｅｒ（Erbium）、Ｙｂ（Ytterbium）等の希土類のイオンが添加されたシングルモードコアを有するＤＣＦ（Double Clad Fiber）によって構成され、コアに添加されたイオンを外部から導入した励起光で励起することで、例えば、１０８０ｎｍの赤外レーザ光を発振して出力する。なお、本実施形態におけるＤＣＦは、前述したシングルモードコアの外部にクラッドが２層形成されており、励起光は内側のクラッドを伝播するように構成されているが、コアはシングルモードには限られず、マルチモード（例えば、基本モードと数個程度の低次モードを伝播するような）コアであっても良い。
【００２１】
ＯＣ１４は、ＨＲ１２と同様に、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成され、増幅用光ファイバ１３からのレーザ光の一部（例えば、１０％）を通過させるとともに、残りを反射する。なお、ＨＲ１２、増幅用光ファイバ１３、および、ＯＣ１４によって光ファイバ共振器が構成される。
【００２２】
励起用ＬＤ駆動電源１５は、制御部２０の制御に応じて励起用ＬＤ１６を駆動する。励起用ＬＤ１６は、例えば、波長が９１５ｎｍで、数Ｗ以上の出力光強度を有する、１または複数のマルチモードレーザダイオードによって構成される。
【００２３】
制御部２０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、Ｉ／Ｆ（Interface）２４、および、バス２５を主要な構成要素としている。ここで、ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に格納されているプログラム２２ａおよびデータ２２ｂに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ２２は、不揮発性の半導体記憶装置であり、プログラム２２ａおよびデータ２２ｂを記憶する。ＲＡＭ２３は、揮発性の半導体記憶装置であり、ＣＰＵ２１がプログラムを実行する際のワークエリアとして動作する。Ｉ／Ｆ２４は、例えば、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）およびＡＤＣ（Analog Digital Converter）等によって構成され、ＣＰＵ２１から供給されたデジタルデータを、アナログ信号に変換して励起用ＬＤ駆動電源１５，３５および可視光ＬＤ４０に供給する。バス２５は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、および、Ｉ／Ｆ２４を相互に接続し、これらの間でデータの授受を可能にするための信号線群である。なお、この実施形態では、制御部２０として、ＣＰＵ等を用いるようにしたが、本実施形態はこのような場合にのみ限定されるものではなく、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いたり、あるいはデジタル制御方式ではなく、アナログ制御方式を用いたりしてもよい。
【００２４】
励起光合波器３１は、例えば、ＴＦＢによって構成され、励起用ＬＤ３６から出力されるレーザ光を、光ファイバのクラッドに励起光として導入する。増幅用光ファイバ３２は、例えば、Ｅｒ、Ｙｂ等の希土類のイオンが添加されたシングルモードコアを有するＤＣＦによって構成され、コアに添加されたイオンを外部から導入した励起光で励起することで、レーザ発振装置１０から出力される１０８０ｎｍの赤外レーザ光を増幅して出力する。なお、本実施形態におけるＤＣＦの構成については、前述した増幅用光ファイバ１３の場合と同様である。出力ファイバ３３は、増幅用光ファイバ３２から出力される光を接合部５７を介してデリバリファイバ３４に出力する。デリバリファイバ３４は、マルチモードファイバまたはシングルモードファイバによって構成され、出力ファイバ３３から出力される不可視レーザ光を、加工対象物まで導く。
【００２５】
図３は、接合部５７の詳細な構成を示す断面図である。この図３に示すように、出力ファイバ３３とデリバリファイバ３４とは、接合部５７で接合されている。出力ファイバ３３は、中心にコア３３ａ、その外側にクラッド３３ｂ、最も外側に被覆３３ｃを有している。デリバリファイバ３４は、中心にコア３４ａ、その外側にクラッド３４ｂ、最も外側に被覆３４ｃを有している。第１実施形態では、出力ファイバ３３およびデリバリファイバ３４は、ともにシングルモードファイバであり、また、クラッド径は出力ファイバ３３が２００μｍとされ、デリバリファイバ３４が３３０μｍとされている。なお、デリバリファイバ３４の被覆３４ｃは、クラッド３４ｂよりも屈折率が小さい素材によって構成されている。出力ファイバ３３とデリバリファイバ３４のコアは略同径とされ光軸が一致するように接合されている。
【００２６】
クラッド３４ｂは、前述したように、クラッド３３ｂに比較してその径が大きくなるように設定されているため、接合部５７では図３に示すように、クラッド３４ｂがクラッド３３ｂよりもはみ出した状態となっている。また、出力ファイバ３３とデリバリファイバ３４の接合部５７の周辺部の被覆が一定の長さに渡って除去されている。フィルタ４１の出力には、例えば、モードフィールド径が波長１３１０ｎｍにおいて９．２±０．５μｍ、クラッド径が１２５．０±０．７μｍの可視光出力ファイバ４２が接続され、例えば、図４に示すように、この可視光出力ファイバ４２の端部は出力ファイバ３３およびデリバリファイバ３４と同様に接合部５７周辺部の被覆４２ｃが一定の長さに渡って除去された上で、クラッド３３ｂからはみ出した部分のクラッド３４ｂの端面に取り付けられている。
【００２７】
可視光出力ファイバ４２とクラッド３４ｂの形成する角度は、図中太線で示す可視レーザ光とクラッド３４ｂの外周面との間に形成される角度θが、可視レーザ光が全反射する臨界角よりも小さくなるように設定されている。このようにすることで、可視光出力ファイバ４２からの可視光をより効率的にクラッド３４ｂを伝搬させることができる。さらに、可視光出力ファイバ４２から放射される可視レーザ光のＮＡ（Numerical Aperture）が上記臨界角の範囲内とすると、より可視レーザ光の結合損失を少なくでき望ましい。なお、可視光出力ファイバ４２を適切な角度にてクラッド３４ｂの端面に接続する方法としては、例えば、予め臨界角θを測定し、可視光出力ファイバ４２とデリバリファイバ３４の角度がこの臨界角θとなるように調整した後に、可視光出力ファイバ４２とデリバリファイバ３４とを光硬化樹脂等によって接着したり、あるいは、デリバリファイバ３４に可視光出力ファイバ４２を融着したり、可視光出力ファイバ４２とデリバリファイバ３４のそれぞれについて接合部５７付近を接着することで両者の相対位置を固定することなどによって実現される。たとえば、図４に示すように、接合部５７には接着剤は塗布せずに、その周辺部、例えば図示したように可視光出力ファイバ４２やデリバリファイバ３４の被覆部に接着剤を塗布し接着剤固定部として、両者の相対位置が固定される。また、臨界角θに合わせるのではなく、可視光ＬＤ４０を点灯した状態で、可視光出力ファイバ４２とデリバリファイバ３４とを接続し、デリバリファイバ３４からの可視光レーザの出力が最大となるように角度の調整を行った後に接着するようにしてもよい。なお、図３に示す例では、可視光出力ファイバ４２の光軸が、クラッド３４ｂの内側からクラッド３４ｂの照射面に当たるようになっているが、本発明はこのような場合にのみ限定されるものではなく、例えば、θがほぼ０、すなわち、デリバリファイバ３４の光軸方向に略平行に可視レーザ光が入射されるようにしてもよい。本実施形態では、クラッド３４ｂの径方向のはみ出し部分が６５μｍであり、可視光出力ファイバ４２の中心軸がクラッド３４ｂの外縁よりも内側にあるため、このような構成としても効率的に可視レーザ光をデリバリファイバ３４内を伝播させることができる。
【００２８】
ここで、可視光出力ファイバ４２の半径がデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂの径方向のはみ出し部分よりも大きい場合には、両者を略平行としたときに可視光出力ファイバ４２の中心軸がデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂの外縁部内には入らない。このような場合でも、図３に示したように、可視光出力ファイバ４２の光軸が臨界角θとなる範囲内でデリバリファイバ３４と非平行に接続し、必要に応じて両者の端面間に距離を設けることにより、可視光出力ファイバ４２の中心軸がデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂのはみ出し部分の端面を通るように、可視レーザ光を入射させることができる。このとき、デリバリファイバ３４のクラッド３４ｂのはみ出し部分の端面と、可視光出力ファイバ４２の端面間は、図４に示すように、接合部５７を覆うように、両者間の可視レーザ光の結合が可能な程度に屈折率が整合された接着剤やグリス等で充填されるとよい。
【００２９】
図５および図６を参照して、デリバリファイバ３４のクラッド３４ｂに対する可視光出力ファイバ４２の配置の仕方についてより具体的に説明する。図５および図６のいずれも、接合部５７近傍を拡大して図示したものである。図５には、可視光出力ファイバ４２が出力ファイバ３３に略平行に配置され、接合部５７にてデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂのはみ出した部分の端面に略突き当てられたものが示されている。ここで、図５（Ａ）に示されたように、可視光出力ファイバ４２のコア４２ａは、その外縁部がクラッド３４ｂの外縁部よりも内側（デリバリファイバ３４の中心軸側）にある。そのため、可視光出力ファイバ４２のコア４２ａの少なくとも一部がデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂと端面で対向し当該コア４２ａから出射する可視レーザ光の横モードの一部がクラッド３４ｂに結合するので、可視光出力ファイバ４２のコア４２ａを伝播した可視レーザ光を、デリバリファイバ３４のクラッド３４ｂに入射させることができる。さらに、図５（Ｂ）に示されたように、可視光出力ファイバ４２の中心軸がデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂの外縁より内側になるようにすれば、可視レーザ光をより効率的にデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂを伝播させることができる。
【００３０】
図６は、可視光出力ファイバ４２を出力ファイバ３３と非平行として、デリバリファイバ３４のクラッド３４ｂのはみ出した部分の端面に可視レーザ光を入射させたものである。ここで、図６（Ａ）に示されたように、可視光出力ファイバ４２のコア４２ａは、その外縁部の延長線がクラッド３４ｂの外縁部よりも内側（デリバリファイバ３４の中心軸側）にある。そのため、可視光出力ファイバ４２のコア４２ａから出力した可視レーザ光の横モードの少なくとも一部がデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂに結合するので、可視光出力ファイバ４２のコア４２ａを伝播した可視レーザ光を、デリバリファイバ３４のクラッド３４ｂに入射させることができる。さらに、図６（Ｂ）に示されたように、可視光出力ファイバ４２の中心軸がデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂの外縁より内側になるようにすれば、可視レーザ光をより効率的にデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂを伝播させることができる。
【００３１】
また、図７に示すように、接合部５７の近傍には、出力ファイバ３３のコア３３ａからデリバリファイバ３４のコア３４ａに結合する際に散乱する不可視レーザ光を受光するように、モニタＰＤ（Photo Diode）７０を設けてもよい。さらに、モニタＰＤ７０の前面に可視光カットフィルタ７１を設けても良く、これにより接合部５７付近で散乱する可視光をカットしてより精度よく不可視レーザ光の出力をモニタすることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態、および下記の各実施形態では特に記述しない限り可視光ＬＤ４０をシングルモードとしているが、これはマルチモードとしてもよく、また、可視光出力ファイバ４２も可視ＬＤ波長においてシングルモード、マルチモードいずれにおいても本発明の効果を得ることができる。
【００３３】
可視光ＬＤ４０は、例えば、波長６３８ｎｍの赤色レーザ光を発生するレーザダイオードによって構成されている。なお、可視光ＬＤ４０としては、本実施形態のように赤色に限られず、可視光であれば、視認性を考慮して緑色のもの等を用いても構わない。フィルタ４１は、可視光ＬＤ４０から出力される可視光を透過し、不可視レーザ光を照射中に接合部５７から逆方向に伝播してくる戻り光を減衰する光学フィルタ（例えば、可視光を通過帯域とし、赤外光を遮断帯域とするＳＷＰＦ（Short Wavelength Pass Filter）またはＢＰＦ（Band Pass Filter））によって構成される。なお、戻り光は、後述する不可視レーザ光波長（１０８０ｎｍ）から主に構成される。また、その他にも、不可視レーザ光によって約６０ｎｍ長波側に発生するラマン散乱光や、不可視レーザ光波長に近接して発生するブリユアン散乱光を含んでも良く、ＳＷＰＦの遮断帯域はこれらの波長域を含むのが望ましい。
【００３４】
なお、デリバリファイバ３４から加工対象物に対して出力される可視光の出力強度は、視認性を確保するために、例えば、２μＷ程度以上が良い。なお、レーザ使用時の可視光の視認を容易にするためには、１０μＷ以上となるように可視光ＬＤ４０の出力を設定することが望ましい。すなわち、可視光ＬＤ４０から出射された可視レーザ光は、デリバリファイバ３４内で多少減衰された後に、加工対象物に照射されるが、減衰後であっても視認可能な強度である２μＷ以上が確保されるように設定される。また、ファイバレーザ装置１が赤外レーザを照射している際の可視光ＬＤ４０に入射される戻り光の強度は、可視光ＬＤ４０の損傷や短命化を防ぐために、例えば、１０ｍＷ以下になるようにフィルタ４１の特性を設定することが望ましい。
【００３５】
接合部５０〜５７は、各光学部品から伸出する光ファイバ同士を相互に接合する。なお、接合部５６は増幅用光ファイバ３２と出力ファイバ３３とを接合し、接合部５７は前述したように出力ファイバ３３とデリバリファイバ３４とを接合する。
【００３６】
なお、接合部５０の前段側（図の左側）の終端部に、当該光ファイバ端からの光出力がアルミニウム（Ａｌ）などの金属部材に入射することによって、入射光を熱変換する熱変換部を接続し、同熱変換部に入射した高出力の不可視レーザ光の戻り光を熱変換した後に放熱するように構成しても良い。なお、熱変換部としては、前述したものの他に、例えば、光ファイバ端付近に軸ずれ融着部を設け、そこからの漏れ光を金属部材等に伝達して熱変換するものを用いても良い。
【００３７】
また、接合部５６と接合部５７の間に、出力ファイバ３３のクラッドを伝播する光を除去するクラッドモード除去部を設けてもよい。なお、クラッドモード除去部としては、例えば、ダブルクラッドの外側のクラッドを除去し、クラッドを除去した部分に内側のクラッドよりも屈折率が高い物質を塗布することにより形成される。もちろん、これ以外の構成であってもよい。
【００３８】
つぎに、第１実施形態の動作について説明する。加工対象物を加工する前の段階では、制御部２０は可視光ＬＤ４０および励起用ＬＤ１６，３６の動作を停止した状態としている。このような状態において、加工対象物が図示しない加工台に載置され、赤外レーザ光を照射する位置を決める（位置決めする）ための操作がされると（例えば、図示しない「位置決めボタン」が操作されると）、制御部２０のＣＰＵ２１がＩ／Ｆ２４を介してこの操作を検出する。ＣＰＵ２１は、プログラム２２ａに基づいて、位置決めを行うための処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ２１は、プログラム２２ａに基づいて、データ２２ｂから制御データを取得し、Ｉ／Ｆ２４によってＤ／Ａ変換した後、可視光ＬＤ４０に供給する。この結果、可視光ＬＤ４０は、例えば、赤色の可視レーザ光を射出する。可視光ＬＤ４０から出射されたレーザ光は、フィルタ４１および可視光出力ファイバ４２のコアを介してデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂに入射される。前述したように、クラッド３４ｂを覆う被覆３４ｃは、クラッド３４ｂよりも屈折率が小さく、また、可視光レーザの入射角θは臨界角よりも小さくなるように設定されているので、可視光レーザは、クラッド３４ｂ中を全反射しながら伝播した後、端面から出射され、加工対象物に照射される。クラッド３４ｂから出射される可視レーザ光の光軸の中心と、コア３４ａから出射される不可視レーザ光の光軸の中心は略一致しているので、この可視レーザ光の照射位置を参照して、照射位置を調整することで、位置合わせを行うことができる。なお、可視レーザ光は、クラッド３４ｂを通過する過程で多少減衰されるが、前述したように、出力光の強度が２μＷ以上となるように設定することで、視認性を確保することができる。
【００３９】
このように、可視光ＬＤ４０から照射された可視レーザ光を、加工に先立って、加工対象物の赤外レーザ光が照射される位置に照射することにより、加工位置を正確に位置決めすることができる。
【００４０】
位置決めが完了すると、制御部２０は可視光ＬＤ４０の照射を停止する。これにより、加工対象物への可視レーザ光の照射が停止される。なお、可視レーザ光の照射を停止せずに、加工対象物への赤外レーザ光の照射を実施し、加工を開始してもよい。つづいて、加工開始の指示がなされると、ＣＰＵ２１は、照射強度に応じた励起用ＬＤ１６，３６の駆動用データをデータ２２ｂから取得し、Ｉ／Ｆ２４に供給する。Ｉ／Ｆ２４は、供給された駆動用データをＤ／Ａ変換し、励起用ＬＤ駆動電源１５，３５に供給する。励起用ＬＤ駆動電源１５，３５は、Ｉ／Ｆ２４から供給された指示値に応じて、励起用ＬＤ１６，３６を駆動する。この結果、励起用ＬＤ１６，３６は励起光を射出し、励起光合波器１１，３１を介して、増幅用光ファイバ１３，３２のクラッドに導入する。これにより、レーザ発振装置１０では、ＨＲ１２、増幅用光ファイバ１３、および、ＯＣ１４においてレーザ発振が起こり、赤外レーザ光がＯＣ１４から射出する。レーザ増幅装置３０では、増幅用光ファイバ３２においてレーザ発振装置１０から出力された赤外レーザ光を増幅し、出力ファイバ３３および接合部５７を介してデリバリファイバ３４を介して加工対象物に照射する。なお、赤外レーザ光が照射される位置は、可視レーザ光の照射される位置と略同じであるので、加工対象物の所望の位置に赤外レーザ光を照射することができる。
【００４１】
以上に説明したように、本実施形態では、可視レーザ光を、出力ファイバ３３とデリバリファイバ３４の接合部５７の近傍のクラッドから入射するようにしたので、それよりも前段から入射した場合に比較して、可視レーザ光の減衰を抑えることができる。例えば、増幅用光ファイバ３２の前段または増幅用光ファイバ１３の前段から可視レーザ光を入射することも可能であるが、そのような位置から入射した場合、可視レーザ光が通過する増幅用光ファイバ１３，３２および接合部５０〜５７において減衰が生じるため、加工対象物に到達する可視レーザ光の強度が大きく減衰する。このような減衰は、赤外レーザ光を照射中に、増幅用光ファイバ１３，３２においてフォトダークニング現象が発生した場合に特に顕著となる。一方、本実施形態では、可視レーザ光は増幅用光ファイバ１３，３２を通過しないので、フォトダークニング現象による減衰は生じないため、可視レーザ光の減衰を抑えることができる。
【００４２】
（Ｂ）第２実施形態
つぎに、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態では、デリバリファイバの構成のみが第１実施形態と異なっているので、以下ではデリバリファイバの構成に主眼をおいて説明する。図８は、第２実施形態における接合部５７の詳細な構成を示す断面図である。この図８に示すように、第２実施形態では、出力ファイバ３３とデリバリファイバ６４とは、接合部５７で接続されている。デリバリファイバ６４は、中心にコア６４ａ、その外側にクラッド６４ｂ、最も外側に被覆６４ｃを有している。第２実施形態では、デリバリファイバ６４はマルチモードファイバとされ、クラッド６４ｂの径は３６０μｍで、コア６４ａの径は５０μｍとされている。出力ファイバ３３は第１実施形態と同様にシングルモードファイバとされクラッド３３ｂの径は２００μｍとされ、コア３３ａは１１μｍとされている。なお、デリバリファイバ６４の被覆６４ｃは、クラッド６４ｂよりも屈折率が小さい素材によって構成されている。出力ファイバ３３とデリバリファイバ６４のコアはその光軸が一致するように接合されている。なお、クラッド６４ｂとクラッド３３ｂとの関係および可視光出力ファイバ４２の接合方法については、第１実施形態の場合と同様であるのでその説明は省略する。
【００４３】
なお、第２実施形態では、第１実施形態の場合と比較すると、デリバリファイバ６４の構成が異なるのみで、それ以外の構成は第１実施形態と同様であり、また、その動作も第１実施形態と同様であるので、第２実施形態の動作の説明については省略する。
【００４４】
以上に説明したように、本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態の場合と同様に、接合部５０〜５１および増幅用光ファイバ１３，３２における可視レーザ光の減衰を抑えることができるので、可視光ＬＤ４０として発光強度が低い素子を使用することができるため、製造コストを低減することができる。
【００４５】
（Ｃ）第３実施形態
つぎに、第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態では、デリバリファイバの構成のみが第１実施形態と異なっているので、以下ではデリバリファイバの構成に主眼をおいて説明する。図９は、接合部５７の詳細な構成を示す断面図である。この図９に示すように、第３実施形態では、出力ファイバ３３とデリバリファイバ７４とは、接合部５７で接続されている。デリバリファイバ７４は、中心にコア７４ａ、その外側にクラッド７４ｂ、最も外側に被覆７４ｃを有している。第３実施形態では、デリバリファイバ７４のクラッド７４ｂ内に可視光レーザが伝播する領域が形成されるように屈折率分布が調整されている。図１０は、デリバリファイバ７４の屈折率分布の一例を示す図である。図１０（Ａ）の例では、ファイバ中心に位置する屈折率が最も高い領域がコア７４ａに対応している。コア７４ａの外側のクラッド７４ｂは屈折率が異なる２つの領域によって形成されている。すなわち、コア７４ａの外側にはコア７４ａよりも屈折率が低い領域（矢印で示される領域）が設けられ、その外側には屈折率がさらに低い領域が設けられている。また、図１０（Ｂ）の例では、ファイバ中心に位置する屈折率が最も高い領域がコア７４ａに対応している。コア７４ａの外側のクラッド７４ｂは屈折率が異なる３つの領域によって構成されている。すなわち、コア７４ａの外側にはコア７４ａよりも屈折率が低い領域に挟まれた、コア７４ａよりも若干屈折率低い領域（矢印で示される領域）が設けられている。図１０（Ａ）のデリバリファイバ７４では、ファイバの中心軸を中心として、クラッド７４ｂ内を可視レーザ光が伝播する。また、図１０（Ｂ）のデリバリファイバ７４では、矢印で示された領域に可視レーザ光が入射され、矢印で囲まれた範囲を中心として可視レーザ光が伝播される。つまり、図１０（Ｂ）では矢印で示すリング状の領域を中心として可視レーザ光が伝播される。このため、第３実施形態では、第１，２実施形態とは異なり、被覆３４ｃの屈折率は任意に設定することができる。
【００４６】
なお、第３実施形態は、第１実施形態と比較すると、クラッド７４ｂにおいて、可視レーザ光が伝播される領域のみが異なっており、その他は、第１実施形態と同様であるので、その動作については説明を省略する。
【００４７】
本発明の第３実施形態によれば、第１実施形態の場合と同様に、接合部５０〜５１および増幅用光ファイバ１３，３２における可視レーザ光の減衰を抑えることができる。また、可視レーザ光が伝播する領域を設けることにより、可視レーザ光を加工対象物までより少ない減衰量で伝播することができる。なお、図９の例では、デリバリファイバ７４としてシングルモードファイバを用いているが、マルチモードファイバを用いるようにしてもよい。
【００４８】
（Ｄ）第４実施形態
つぎに、第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態では、第１実施形態と比較すると、可視レーザ光が入射される位置が異なっており、それ以外の構成は第１実施形態の場合と同様であるので、以下では可視レーザ光が入射される構成に主眼をおいて説明する。図１１は、接合部５７の詳細な構成を示す断面図である。この図１１に示すように、第４実施形態では、可視光出力ファイバ４２は、クラッド３４ｂの接合部５７の端面ではなく、接合部５７から所定の距離だけ離れた位置のクラッド３４ｂの外周面に接続されている。この図１１の例では、可視光出力ファイバ４２から出射された可視レーザ光は、クラッド３４ｂの内部を反射しながら伝播される。なお、可視光出力ファイバ４２を取り付ける位置としては、可視レーザ光が被覆３４ｃに当たらない位置であって、クラッド３４ｂの照射面とのなす角度θが臨界角よりも小さくなるように設定する。なお、入射する方向については、第１実施形態の場合と同様に、クラッド３４ｂの内側からクラッド３４ｂの照射面に当たるように設定される。
【００４９】
なお、第４実施形態は、第１実施形態と比較すると、クラッド７４ｂにおいて、可視レーザ光が入射される位置のみが異なっており、その他は、第１実施形態と同様であるので、その動作については説明を省略する。
【００５０】
本発明の第４実施形態によれば、第１実施形態の場合と同様に、接合部５０〜５１および増幅用光ファイバ１３，３２における可視レーザ光の減衰を抑えることができる。また、第４実施形態では、第１〜３実施形態に比較して、接合部５７で散乱した光に起因して発生する熱の影響を緩和することができる。すなわち、第４実施形態では、レーザ発振装置１０またはレーザ増幅装置３０で発生したレーザ光や残留励起光などが接合部５７で散乱し、熱に変換されて周辺温度が上昇することによる可視レーザ光の結合状態の変化を抑制することができる。なお、図１１の例では、可視光出力ファイバ４２の出力端からデリバリファイバ３４のクラッド３４ｂ側面の入射部に、屈折率を略整合した接着剤、樹脂、グリスを充填しても良い。また、デリバリファイバ３４としてシングルモードファイバを用いているが、マルチモードファイバを用いるようにしてもよい。
【００５１】
（Ｅ）第５実施形態
つぎに、第５実施形態について説明する。なお、第５実施形態では、第１実施形態と比較すると、可視レーザ光を入射するための構成が異なっており、それ以外の構成は第１実施形態の場合と同様であるので、以下では可視レーザ光が入射される構成に主眼をおいて説明する。図１２は、接合部５７の詳細な構成を示している。この図１２に示すように、第５実施形態では、可視光出力ファイバ８２の一端部（図の右側の端部）は、被覆８２ｃが除外された状態で、デリバリファイバ６４のクラッド６４ｂの外周面に、そのクラッド８２ｂの外周面が接するように配置されている。なお、図１２では図示が省略されているが、可視光出力ファイバ８２の他端部（図の左側の端部）には、フィルタ４１から出射される可視レーザ光が入射され、可視光出力ファイバ８２のクラッド８２ｂ内を伝播される。なお、可視レーザ光をクラッド内に伝播させる方法としては、例えば、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、および、シングルモードファイバをこの順番で接続することにより、コア８２ａを伝播する可視レーザ光をクラッド８２ｂ内に導くことができる。あるいは、コアを有しない光ファイバを用いることによっても可視レーザ光をクラッド内に伝播させることができる。
【００５２】
第５実施形態では、可視光ＬＤ４０から出力された可視レーザ光は、可視光出力ファイバ８２のクラッド８２ｂ内を図１２に示す矢印のように伝播される。このようなクラッド８２ｂを伝播する可視レーザ光は、クラッド６４ｂとの接続部からクラッド６４ｂ内に入射され、クラッド６４ｂ内を伝播し、クラッド６４ｂの端面から加工対象物に照射される。
【００５３】
本発明の第５実施形態によれば、第１実施形態の場合と同様に、接合部５０〜５１および増幅用光ファイバ１３，３２における可視レーザ光の減衰を抑えることができる。また、第４実施形態の場合と同様に、可視光ＬＤ４０に入射される戻り光を減少させることができる。なお、図１２の例では、デリバリファイバ６４としてマルチモードファイバを用いているが、シングルモードファイバを用いるようにしてもよい。
【００５４】
（Ｆ）変形実施形態
なお、上記の各実施形態は、一例であって、これ以外にも各種の変形実施態様が存在する。例えば、以上の各実施形態では、レーザ発振装置１０およびレーザ増幅装置３０を有するファイバレーザ装置１を例に挙げて説明をしたが、例えば、レーザ発振装置１０のみの構成とすることも可能である。また、以上の各実施形態では、レーザ発振装置１０およびレーザ増幅装置３０がともに前方励起の場合を例に挙げて説明したが、本発明に後方励起または双方向励起を適用することも可能である。すなわち、レーザ発振装置１０のみの構成とする場合には、前方励起、後方励起、または、双方向励起のいずれかの構成とすることができる。また、レーザ発振装置１０およびレーザ増幅装置３０を有する構成とする場合には、レーザ発振装置１０およびレーザ増幅装置３０のそれぞれについて、前方励起、後方励起、または、双方向励起の中からいずれかを選択して適宜組み合わせるようにすることができる。
【００５５】
また、以上の各実施形態では、可視レーザ光をデリバリファイバのクラッドに入射するようにしたが、接合部５７近傍の出力ファイバ３３のクラッド３３ｂに入射するようにしてもよい。
【００５６】
また、以上の各実施形態では、可視光ＬＤ４０の出力側にフィルタ４１を設けるようにしたが、フィルタ４１を設けないようにしてもよい。例えば、戻り光の強度が小さい場合には、フィルタ４１を省略することができる。なお、その場合には、可視光出力ファイバ４２は可視光ＬＤ４０に直接接続される。また、フィルタ４１として、赤外レーザ光の波長帯域と略同じ波長帯域を反射帯域とするＦＢＧを用いるようにしてもよい。
【００５７】
また、以上の各実施形態では、レーザ増幅装置は１段の構成としたが、これを２段以上設けるようにしてもよい。
【００５８】
また、以上の各実施形態では、可視光ＬＤ４０として、赤色のレーザ光を用いるようにしたが、例えば、緑色のレーザ光を用いるようにしてもよい。なお、人間の目は、赤色よりも緑色に対する感度の方が高いので、緑色の可視光ＬＤを用いる場合は、加工対象物に照射される可視レーザ光の強度を２μＷよりも低い値に設定することができる。より詳細には、標準比視感度曲線によれば、人間の目には波長５５５ｎｍ付近の波長を最も明るく感じ、それよりも波長が長い赤色（例えば、波長６３５〜６９０ｎｍ）では感度が、例えば、１／５〜１／１０程度まで低下する。そのため、５５５ｎｍ付近の波長を有する緑色の可視光ＬＤを用いる場合、加工対象物に照射される可視レーザ光の強度は、２μＷよりもさらに低い値（例えば、０．４〜０．２μＷ）とすることができる。
【００５９】
また、以上の各実施形態では、励起用ＬＤは励起用ＬＤ駆動電源によって駆動するようにしたが、制御部２０が各励起用ＬＤを直接駆動するようにしたり、あるいは、制御部からの制御信号に基づいてＦＥＴ（Field Effect Transistor）を制御し、当該ＦＥＴにより各励起用ＬＤに流れる電流を制御するようにしたりしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  ファイバレーザ装置
１０  レーザ発振装置
１１  励起光合波器
１２  ＨＲ
１３  増幅用光ファイバ
１４  ＯＣ
１５  励起用ＬＤ駆動電源
１６  励起用ＬＤ
２０  制御部（駆動部）
３０  レーザ増幅装置
３１  励起光合波器
３２  増幅用光ファイバ
３３  出力ファイバ
３４  デリバリファイバ
３５  励起用ＬＤ駆動電源
３６  励起用ＬＤ
４０  可視光ＬＤ（可視レーザ光源）
４１  フィルタ
４２  可視光出力ファイバ（導入部）
５１〜５７  接合部
【図１】
2013102007.tif 000003
【図２】
2013102007.tif 000004
【図３】
2013102007.tif 000005
【図４】
2013102007.tif 000006
【図５】
2013102007.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013102007.tif 000009
【図８】
2013102007.tif 000010
【図９】
2013102007.tif 000011
【図１０】
2013102007.tif 000012
【図１１】
2013102007.tif 000013
【図１２】
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